Dans le cadre de l’action collective PMMC, l’Institut Pierre Vernier s’est associé au CETIM et à cinq industriels francs-comtois pour identifier des technologies d’usinage qui pouvaient répondre à leurs besoins en matière de précision et de temps de réalisation (délai de 48 heures maximum FAO comprise). Un plan de pièce test, qui intègre l’ensemble des contraintes exprimées par les industriels, a été élaboré. Une démarche qui a ensuite justifié un déplacement au salon JIMTOF au Japon en 2008 (foire pour la finition métallurgique). À l’origine du projet, le Japon semblait particulièrement avancé en la matière. La première phase du travail consista donc à analyser les technologies identifiées au Japon, en Europe, aux USA et celles répertoriées au travers d’une veille spécifique mise en place pour ce projet :
– Le microfraisage électrochimique (ECF) permet de reconnaître un micro-usinage électrochimique très précis. Pendant l’usinage, l’acier ou le métal est dissous de manière très précise autour de l’électrode (outil sans revêtement), sans aucune contrainte mécanique ou thermique pour la pièce à usiner. Le déplacement de l’outil se fait suivant trois axes (X, Y et Z) et permet de réaliser des opérations de contournage de la même façon que le ferait une fraise.
– Le microfraisage électroérosion est un autre procédé de micro-usinage. Le principe est le même que pour l’électroérosion par enfonçage, la différence repose sur une électrode cylindrique tournant à grande vitesse (comme un outil de fraisage) pour limiter son fléchissement, dans un liquide diélectrique en creusant la matière par étincelage. La broche rotative a une compensation continuelle d’usure de l’électrode et est associée à une unité intégrée d’affûtage de l’électrode. Le mouvement de cette dernière est calculé par un logiciel dédié qui génère la géométrie de la pièce par soustraction de matière. Il n’y a pas d’effort de coupe ni de déformation sur la pièce engendrée par l’outil.
– Le nano-usinage se réfère à des travaux d’un niveau de précision extraordinairement élevé. La Servo technologie permet des incréments de positionnement et d’informations en retour mesurés au nanomètre. Ces machines de micro-usinage, voire de nano-usinage, sont plus communément appelées machines ultraprécision. Elles sont conçues sur la base de machines de tournage de très haute précision spécialisées à la base pour l’usinage de pièces optiques qui demandent de très grandes précisions et de très bons états de surface.
Les guidages linéaires sont hydrostatiques ou aérostatiques et les déplacements sont assurés par des moteurs linéaires. La broche de fraisage est équipée de paliers aérostatiques pour limiter les échauffements (vitesse de rotation de 10 000 à 110 000 tr/min). La rugosité Ra obtenue peut être de très bonne qualité, notamment si l’usinage est réalisé avec un outil en diamant naturel dans un dépôt de nickel phosphore (fini de surface miroir).
Cette première étape a permis de retenir quatre constructeurs aux technologies hétérogènes, prometteuses, voire complémentaires :
– la technologie de microfraisage électrochimique
– la technologie de microfraisage par électroérosion
– la technologie de nano-usinage sur revêtement nickel phosphore
– la technologie de microfraisage sur revêtement nickel phosphore.
